Математическая модель по определению количества комбинированных рециркуляторов для птицеводческих помещений

Введение. При разведении птицы, стараются не допускать очаговой инфекции и ограничиваются профилактической дезинфекцией, она предполагает уничтожение болезнетворных микроорганизмов, которые образуются и развиваются в помещениях в процессе выращивания и кормления птиц.

Основной метод борьбы с патогенной микрофлорой в птицеводческих комплексах является вентиляция, при котором весь воздух выбрасывается в атмосферу. На одной птицефабрике с поголовьем 720 тыс. системой вентиляции за 1 ч выбрасывается в воздух до 41,4 кг пыли, 174,8 млрд. микробов, до 1490 м3 углекислого газа и 13,3 кг аммиака. Для повышения эффективности необходимо дополнительное обеззараживание внутри помещений птице комплексов, для соблюдения гигиенических норм по выбросу [1].

В помещениях где может находиться персонал для обеззараживания воздуха и поверхностей применяются электрофизические, электрохимические и электролитические методы обеззараживания воздуха. Наиболее распространенными способами для решения этой задачи является фильтрация, УФ облучение, озонирование, ионизация, аэрозольная санация [2].

Основной пик обсемененности происходит во время кормления птицы рисунок 1 [3-5]. В эти моменты ветеринары рекомендуют применять дополнительные технические средства помогающие вентиляции справляться с пиковыми значениями по обсемененности. Облучательные установки, в частности комбинированный рециркулятор является таким техническим средством которое помогает уменьшить обсемененность и предотвратить вспышку инфекции у всего разводимого поголовья.

Целью настоящей статьи является разработка методики по определению количества установок разработанного комбинированного рециркулятора и уточнить методику расстановки облучательных установок.

Рисунок 1 – График пиковых значений по обсемененности воздуха микроорганизмами

----ПДК по микроорганизмом б куб. м воздуха

---линия разрыва

Для выполнения поставленной цели исследования необходимо обосновать количество комбинированных рециркуляторов для одного птицеводческого помещения с учетом типа (коэффициент воздуха-обмена) и размера (объем) помещения, а так же технологических особенностей рецикрулятора заключающихся в комбинации методов воздействия на вредоносные микроорганизмы (электрофизический - ультра фиолет, химический – аэрозоль).

Предполагаемая модель комбинированного способа обеззараживания установки на основе одновременно двух методов обеззараживания имеет универсальный характер для всех птицеводческих помещений независимо от их габаритов, коэффициента воздухообмена создающегося вентиляцией и назначения.

Формула для определения количества установок в сельскохозяйственном помещении необходимого объема выглядит следующим образом:

^ШОМ

уст W-t _жсп • К в -3600

, где W – общая производительность рециркулятора, м3/с;

V пом – объем рассматриваемого с.х. помещения, м³;

К в – коэффициент воздухообмена;

t _эксп - время экспозиции, с;

N уст – количество установок, шт.

В простейшем случае производительность находится по формуле (2)

^И ирост    U вр ^ рец

,где U вр – скорость воздуха через сечение рециркулятора, м/с;

W прост – производительность в общем виде, м³/с;

S рец – площадь поперечного сечения рециркулятора, м².

В рассматриваемом же случае производительность рециркулятора складывается из нескольких составляющих формула (3)

где учитывается производительность самой установки и дополнительное обеззараживание воздуха за счёт раствора попадающего за пределы рециркулятора рисунок 2

W _ И/ р + И/ аэр                                        (3)

,где W р – производительность рециркулятора, м³/с;

W аэр – производительность аэрозольного распыла за пределами рециркулятора, м³/с.

Рисунок 2 – Схема работы аэрозольного распыла за пределами рециркулятора

Производительность рециркулятора находится по формуле (4)

W_p _ и р- 5 рв- К э уф                                         (4)

,где U р – скорость воздуха рециркулятора выходная, м/с;

S рв – площадь рециркулятора выходная, м²;

К _{Э УФ} – коэффициент эффективности УФ воздействия, ед..

Дополнительная производительность от аэрозольного за пределами рециркулятора находится по формуле (5)

W^ _ и о -S_{o& 1}

, где U о – скорость осаждения аэрозольных частиц, м/с;

S обл – средняя площадь распыляемого облака, м².

На основе источника [6] была выведена формула нахождения коэффициента эффективности УФ воздействия

распыла

(7) для

^КЭ УФ

_ N л ■ Ф бк к ф -I

Н „ к з и мл Sо

,где N л – количество ламп, шт;

Ф бк – бактерицидный поток лампы, Вт;

к ф - коэффициент использования бактерицидного потока ламп;

H v – бактерицидная доза, Дж/м³;

К з – коэффициент запаса, ед;

i – эффективность бактерицидного потока, ед;

U пч – скорость прохождения частицей поля создаваемого УФ источником, м/с;

S о – площадь облучаемого пространства, м².

Подставляя коэффициент эффективности (7) в формулу (4) производительность рециркулятора будет выглядеть следующим образом

W_p ^_

^U р ^S рв ^К л' Ф бк "^кф "^

^Н „ ^к з '^и пч Sо

Общая производительность (3) рециркулятора складывается из суммы (5) и (8)

_ ^U р ^S рв"Кл■ Ф бк"^кф

Н„к з-ипч •S о

+ U о -5 обл

На основе полученной формулы (9) учитывая выражение (1) общее количество установок необходимое для обеззараживания одного помещения будет определяться как:

N - „ о       , ^Vn--------------

‘^ уст    _f и р-S_peNлФбк кф        л

V Нр • к_зи_пч ■ s о ^+и о ^{s об}л ) ^{1 э к в 3600}

Выражение (10) получено

комбинированного рециркулятора. рециркулятор является частью

для экспериментального

Так как комбинированный технологического процесса

производства птицы, следует уточнить место его расположения в помещении и методику расстановки оборудования. В качестве

примера выберем объект птичник ГУП Кучинская птицефабрика рисунок 3.

• 1    – бункер сухих кормов; 2 – двери; 3 – система поения с чашечными поилками; 4 – бункер-дозатор; 5 – окно;6 – кормушка; 7 – приточный вентилятор отопительно-вентиляционной установок; 8 – поилка; 9 – емкость для аэрозоли; 10 – вытяжной осевой вентилятор;

• 11    – АрУФ

Рисунок 3 – План-схема расположения боксов и оборудования внутри здания для разведения птицы ГУП Кучинская птицефабрика

Вторая часть цели заключалась в уточнении методики расстановки облучательных установок.

Для расстановки комбинированных рециркуляторов необходимо обосновать их количество относительно особенностей конкретного помещении по формуле (10).

В каждом боксе где разводят птиц установки будут размещаться по методике описанной в источнике [7] схематично расположение которых отражено на рисунке 4

Рисунок 4 – Схематичная расстановка реиркуляторов

Зная количество установок из разработанной методике описанной ранее и длину помещения можно найти по известной формуле (11) рекомендованное расстояние между комбинированными рециркуляторами для одного ряда. .

L — -^—

^N уст ^-1

,где А – длина рассматриваемого бокса, м;

L – расстояние между рециркуляторами, м.

Если расстановка в один ряд нецелесообразна, то число рядов комбинированных рециркуляторов определяется по формуле (12)

В-21

М ряд = —

, где N ряд – количество рядов, шт;

В – ширина бокса, м;

l – расстояние от крайнего комбинированного рециркулятора до стены, м.

Число комбинированных рециркуляторов в ряду определяют по формуле (13)

м = А ²'^Z кр в ряду ^   + ^х

, где N кр в ряд – число комбинированных рециркуляторов в ряду, шт;.

Полученные результаты округляются до ближайшего целого числа, после чего пересчитываются реальные расстояния:

- между рядами комбинированных рециркуляторов

_ В-2-1 Ld — ---- В    ^ ряд

, где L В – расстояние между рециркуляторами по ширине бокса, м.

- между центрами рециркуляторов в ряду

i _   А -2' ¹

L а — --------

^ кр в ряду ^{— 1}

, где LА - расстояние между рециркуляторами по длине бокса, м.

Для прямоугольных помещений проверяется условие

Если L А /LB > 1,5, то необходимо увеличить число рециркуляторов в ряду на один или уменьшить число рядов на один.

Заключение.

• -    Полученная модель позволяет определять необходимое количество облучательных установок (комбинированных рециркуляторов) в котором учитывается тип (коэффициент воздуха-обмена) и размер (объем) помещения с учётом совместного применения двух способов воздействия (электрофизического-ультрафиолет, химического - аэрозоль).

• -    Уточнена методика расположения облучательных установок в боксах для выращивания птиц на примере действующей птицефабрики.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта No 18-38-00793

The reported study was funded by RFBR according to the research project No 18-38-00793